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淺析3.5GHz寬帶無線接入技術
作者：楊勇 隨著社會不斷向前發展，人們對信息的要求也在發生變化，從以前簡單的通話方式到現在的信息傳遞，傳統形式的信息方式和通信設備顯得有些跟不上時代發展。 在我國，以電話業務為基礎的電話網經過幾十年的高速發展，已經具有較大規模，網絡設備的程控化、數字化比例已超過了一些發達國家，但是，城市建設中地下管線問題影響了其發展，并且過去鋪設的用線(纜)不能提供和解決寬帶業務的需求，盡管在有些地方已建設了許多光纜，但還是滿足不了人們的通信需求，因此，接入網的技術及其發展受到了各地較大的關注。根據信息產業部無線電管理局“關于3.4-3.6GHz頻段無線接入系統使用頻率的通知”(信無[2000]第88號)的文件精神，將3.5GHz這段頻率作為無線接入的專用頻率。2001年和2003年信息產業部采用評選(招標)的方式對3.5GHz寬帶無線接入頻率進行了公開的拍賣，拍賣后一些大城市接入網的建設已經按照部標YD/Tll58-2001《接入網技術要求3.5GHz固定無線接入網》和YD/T1197-200《接入網測試方法----3.5GHz固定接入》中規定的技術標準，積極著手準備和建設。 接入網的實現方法分為兩種----無線接入和有線接入。在有線通信不斷發展的同時，無線通信技術以其靈活方便的功能特點，廣泛應用于電信網的各個領域。 一、無線接入技術的原理 無線接入技術(WirelessAclearcase/" target="_blank" >ccessTechnology)也稱無線接續技術，或稱無線本地環路(WirelessLocal Loop)，主要功能是以無線技術作為傳輸媒介向用戶提供固定的或移動的終端。無線本地環路的宗旨和目標是提供與有線接入網具有相同的業務種類和更廣泛的服務范圍，無線本地環路具有應用靈活，安裝快捷等特點。 在無線網絡的參考體系中，反向通道一般通過有線網的傳輸，或在LMDS情況下，通過無線網傳輸。內容提供者通過核心網向無線接入節點發送內容，為滿足衛星及地面微波傳輸，在這個接入節點要重組數據并對其進行調制。在反向通道里，用戶使用與前向傳輸同樣的網絡或者接入網絡。當用DBS或MMDS業務時，需要接入網絡，它是一個單向網絡。 作為當代最熱門的，同時也是大力發展的無線接入技術，大體上可分為移動方式接入和無線方式固定接入兩大類。 (一)移動式接入技術 此類技術主要指用戶終端在較大范圍內移動通信系統的接入技術。這類通信系統主要包括以下幾種： 1、集群移動無線電話系統 它是專用的無線調度指揮通信系統，它在我國得到了較為廣泛的應用。集群系統是從一對一的對講機形式，同頻單工組網形式，異頻單(雙)工組網形式到單信道一呼百應，以及進一步帶選呼的系統發展到多信道自動撥號系統。近十年來，有向更高層次發展成多信道用戶共享的調度系統，它們可以與PSTN或PABX相連，并可以和該系統外的市活用戶通話。 2、蜂窩移動電話系統 70年代初由美國貝爾實驗室提出的，在給出蜂窩系統的覆蓋小區的概念和相關理論之后，該系統得到迅速的發展。其中第一代蜂窩移動電話系統是指陸上模擬蜂窩移動電話系統，主要特征是用無線信道傳輸模擬信號。第二代則指數字蜂窩移動電話系統，它以直接傳輸和處理數字信息為主要特征，因此具有一切數字系統所具有的優點，代表性的是泛歐數字蜂窩移動通信系統GSM。到現在數字蜂窩移動電話系統正向第三代方向平滑的過渡，具有代表性的是CDMA2000、WCDMA、TD-SCDMA。 3、衛星通信系統 采用低軌道衛星通信系統是實現個人通信的重要途徑之一，現在有美國Motorola公司的“銥星”計劃(盡管現在以不作為民用)，日本NTT計劃，歐洲RACE計劃，整個系統由三個部分構成，即衛星及地面控制設備，關口站，終端。 (二)固定式無線技術 其英文名為FixedWirelessAccess，簡稱FWA，它是指能把從有線方式傳來的信息(語音、數據、圖像)用無線方式傳送到固定用戶終端或是實現相反傳輸的一種通信系統，也有人用FRA，(FixedRadio Access)一詞，還有人習慣與有線本地環路相反應，采用無線本地環路(Wireless LocalLoop--WLL)的名字。按上述定義，它應該包括了所有來自公共電話網的業務并用無線作傳輸方式送到固定用戶終端的系統，與移動通信相比，固定無線接入系統的用戶終端是固定的，或者是在極小范圍內。 二、3.5GHz線接入系統. (一)35GHz無線接入系統的一般組成及各部分功能 3.5GHz無線接入系統一般由三部分組成：中心站(基站)、遠端站、網管系統，其中中心站是由多扇區組成的，特殊情況下在中心站和遠端站之間可以通過接力站進行中繼。各部分功能如下： 1、中心站 主要匯聚中心站不同扇區設備上的業務與信令數據，實現與核心網絡相連。系統能提供多種綜合業務，例如：PSTN、IP、FR幀中繼、ATM等。中心站設備通過劃分的扇區以無線點對多點方式負責對遠端站進行覆蓋，并提供對核心網絡接口。中心站設備包括室內單元和室外單元兩部分，室內單元是由與核心網絡相連的接口、調制與解調模塊以及中頻混合器組成；室外單元由射頻收發模塊和天線組成。 中心站可分為4-8個扇區，應使用在一定角度范圍內聚焦的扇區天線覆蓋遠端站。 2、遠端站 包括室外單元(含定向天線、射頻單元)和室內單元(調制與解調單元以及與用戶室內設備相連的業務接口單元)。系統可提供多種類型的用戶接口，目前常見的業務都可直接接入。遠端站可以為用戶提供語音、數據等業務，也可以為用戶提供寬帶數據接入服務。 3、網管系統 主要與中心站相連，分成帶內、帶外和串口連接三種方式。網管系統應完成設備基本的配置、故障、性能、安全管理以及計費信息的采集。軟件工作平臺一般為WindowsNT、UNIX等。 4、接力站 作為系統實現的可選項，用以轉發中心站和用戶站之間的信號，以延長中心站和用戶站之間的距離。一個接力站可服務多個遠端站。接力站設備可按兩種類型配置，即同頻轉接接力站和基帶轉接接力站。同頻轉接接力站應具有低功耗、無人值守性能，用太陽能電池或風力發電設備供電?；鶐мD接接力站應具備基帶再生功能，配置相應的附屬單元后應可兼具遠端站的功能。 （二）3.5GHz寬帶無線接入的多址技術 目前在3.5GHz頻段固定無線----接入領域中有三種主要的多址方式FDMA、TDMA、CDMA。 1、FDMA----頻分多址 FDMA是最成熟的多址復用方式之一，采用FDMA尋址方式，系統中心站具有N個信道，每個信道對應一個中心載頻；所有的遠端站TS可以共享中心站的信道資源，即在中心站的控制下，TS可以工作在任一載頻信道上；FDMA的特點是技術成熟、穩定、容易實現且成本較低。它的主要缺點是頻譜利用率較低，每個用戶(遠端站)都要占用一定的頻帶，尤其在空中帶寬資源有限的情況下，FDMA系統組織多扇區基站會遇到困難。單純采用FDMA作為多址接入方式已經很少見，目前的實用系統多采用TDMA方式或采用FDMA+TDMA方式。 2、TDMA----時分多址 TDMA也是非常成熟的通信技術，所謂TDMA就是一個信道由連續的周期性時隙構成，不同信號被分配到不同的時隙里，系統中心站將用戶數據按時隙排列(TDM)廣播發送，所有的TS都可接收到，根據地址信息取出送給自己的數據，下行發送使用一個載頻；所有TS共享上行載頻，在中心站控制下，按分配給自己的時隙將數據突發到中心站。由于TDMA的頻譜利用率相對FDMA要高，在目前的寬帶無線接入領域中被廣泛采用。 3、CDMA----碼分多址 所謂CDMA就是每一個信號被分配一個偽隨機二進制序列進行擴頻，不同信號的能量被分配到不同的偽隨機序列里，中心站使用正交的PN碼作為信道標志，與不同TS通信使用同一頻率，但不同的PN碼擴頻來實現；每個TS都可以同時收到中心站發給所有TS的信號，中心站要同時接收來自各TS的同一頻率不同PN碼的信號；CDMA系統保證通信質量必須做到：PN碼之間正交特性良好；PN碼要有足夠長度，以提高擴頻增益，即干擾容限。提高擴頻處理增益與支持寬帶業務接入是一對矛盾，在3.5GHz頻段頻率資源有限情況下，采用碼分多址技術的無線接入系統以窄帶、業務為主。 (三)3.5GHz寬帶無線接入的調制方式 目前3.5GHz頻段寬帶無線接入產品中主要選擇以下幾種調制方式：QPSK、16QAM以及64QAM，分別適應不同帶寬及覆蓋范啊的需求。其中QPSK是目前中小容量數字微波通信系統中廣泛采用的調制方式，對相移鍵控(PSK)這樣的簡單系統，因為數據速率低，在PSK調制中信號波形的幅度和頻率都不發生變化，只是相位有變化，它具有較好的抗干擾性能。3.5GHz無線接入網中在實際的工作中，上下行鏈路可以采用不同的調制方法。 (四)雙工方式的選擇TDD和FDD 寬帶無線接入系統是一個雙向傳輸的系統，中心站和外圍站可以同時發射和接收，也就是可以進行雙工通信。根據設備組成原理的不同其雙工方式有TDD和FDD兩種。 采用TDD方式的無線通信系統中接收和發送是在同一頻率信道(載波)的不同時隙，用保護時間來分離接收與發送信道(或上下行鏈路)；而采用FDD模式的無線通信系統的接收和發送是在分離的兩個對稱頻率信道上，用保護頻段來分離上行信道和下行信道。采用不同雙工方式的無線通信系統的特點和通信效率是不同的。在國外寬帶無線接入系統有TDD方式和FDD方式兩種，目前除即將開放的5.8GHz頻段中寬帶無線接入系統外，信息產業部無線電管理局規劃的3.5GHz中寬帶無線接入系統和26GHzLMDS系統均采用FDD的雙工方式工作。 (五)OFDM技術 OFDM(正交頻分復用)技術在寬帶無線接入領域的應用正在逐漸成為一種發展趨勢，OFDM解決符號間干擾的辦法是將一個無線信道分解成多個副載波，而且通過副載波同時傳輸數據。每個副載波的數據率比總的數據率低很多，但是到達終點的總數據率與信道分解前的數據率完全相同。由于每個副載波數據率比總的數據率低，可使每個傳輸符號變得長些，從而消除了時延變化的影響。OFDM具有良好的選頻衰落和抗多徑干擾能力，使得無線接入系統對于視距傳輸的要求降低，特別適用于日趨復雜的城市傳播環境，此外它還具有較高的頻譜效率。 (六)對電路交換與分組交換的支持 現代通信發展的大趨勢之一便是網絡應用的分組化。電路交換技術盡管有其不可磨滅的歷史功勛和內在高質量嚴管理的優勢，但對于未來以突發性數據為主的業務而言，出現了效率低，傳輸成本和交換成本高，網絡資源浪費以及必須采用復雜的信令、計費方式和網管的弊端。特別是對一些新型的運營商來說，本身并沒有電路交換的基礎，他們構思的未來網絡藍圖往往是可持續發展的網絡，一體化網絡。分組化網有著傳統電路交換網所無法具備的優勢，例如無復雜的時分復用結構，有信息才占用網絡資源，效率高，成本低，信令、計費和網管簡單，下一代的網絡將以IP為基礎，但并不是一個盡力而為的網絡，通過軟交換可同時支持語音、數據、視頻等綜合業務。目前比較先進的寬帶無線接入系統都可以支持分組業務。 (七)日趨豐富的業務接口 網絡是用來承載業務的，不同的網絡結構往往適于傳送不同的業務信號，而不同的業務信息也往往要求不同的網絡結構來支持。特別是在接入網這一側，隨著國家政策的開放，誰經營的業務種類越豐富，誰經營的業務類型越先進，誰就能在這場接入網的戰爭中占據優勢。因此各個運營商都對業務接口提出了非常高的要求，而設備供應商提供的產品業務接口越豐富，也就越受運營商的青睞。目前根據應用領域的不同，3.5GHz寬帶無線接入系統在中心站至少能提供V5、ATM、E1、以太網10BASE-T/100BASE-X接口中一種，在終端站至少能提供ISDN、POTS、以太網10BASE-T以及El接口中的一種。 三、3.5GHz寬帶無線接入系統的技術指標 (一)基站 1、發射機技術指標 頻率范圍：3.500GHz-3.530GHz 載波輸出功率：25dBm(316mW) 雜散射頻分量：≤50dBm 2、接收機技術指標 頻率范圍：3.400GHz-3.340GHz 頻率穩定度：±2.5ppm 接收靈敏度：-84dBm(BER=10-9) 3、無線技術指標 頻率范圍：3.400GHz-3.530GHz 增益：如下表 無線水平波束寬度 360° 90° 60° 45° 無線垂直波束寬度 7° 7° 7° 7° 增益 ≥11dB ≥15dB ≥17dB ≥19dB 極化方向：垂直、水平 方向網傾角：<-2° 特性阻抗：50Ω 駐波比(Vswk)：≤1.5 功率容量：≥1W 抗風強度：>35m/s (二)終端 1、接收機技術指標 頻率范圍：3.400GHz？3.340GHz 接收靈敏度：-76dBm(BER=10-91) 2、發射機技術指標 頻率范圍：3.500GHz-3.530GHz 發射功率：25dBm(316mW) 頻率容限：≤2.5ppm 功率容差：±2dB (三)無線技術指標 頻率范圍：3.400GHz-3.530GHz 增益：15dBi 波束寬度：25° 特性阻抗：50Ω 駐波比(VswR)：≤1.3 功率容量：≥1W 抗風強度：>35m/s 四、組網模式 3.5GHz無線接入系統在組網模式上，比較類似移動通信中的小區蜂窩形式。每個小區包含中心站和遠端站，中心站和遠端站構成點對多點的通信方式。系統中心站采用扇區方式，一般使用90°、60°。、45°扇區天線。相鄰扇區之間的載波中心頻率可以相同也可不同，如果相同，可采用交叉極化方式增強隔離度。小區之間的干擾，可用頻率、極化和發射功率大小來統一控制，以達到采用最少的波道覆蓋更多的接入。 綜上所述，是筆者對3.5GHz無線接入網作了簡單的介紹，隨著電信運營部門的增加，各個電信運營部門都將以無線接入作為自己業務的切入點，這樣勢必要造成在3.5GHz頻段上產生干擾。至此，自治區無線電監測站作為新疆維吾爾自治區無線電技術管理的重要部門，為了更好的維護各電信運營部門的利益及天空的電磁環境，我站對每個擬建的微波站(包括3.5GHz無線接入網)都要進行電磁環境的測試，同時也為無線電行政管理部門提供科學的管理依據。
